Важное примечание по безопасности: Это архивный профессиональный текст, а не действующее лабораторное или полевое руководство. Описанные процедуры включают ртуть, открытое пламя, нагревание, парафин и другое оборудование и материалы, которые сегодня могут быть опасными или неприемлемыми. Не применяйте их без действующих стандартов, оценки риска, паспортов безопасности, соответствующего лабораторного и профессионального контроля. Текст не является частью текущего предложения продуктов и услуг Саво Кусича.
Определение объемного веса грунта
Существует несколько методов определения объемного веса грунта, из них опишем наиболее часто используемые: метод цилиндра, метод с погружением образца в воду, метод с погружением образца в ртуть и метод с песком.
Процедура с цилиндром
Эта процедура является наиболее широко используемой и выполняется как в полевых условиях, так и в лаборатории. Применяется для связанной и несвязанной почвы.
Металлический цилиндр известного объема, с заостренной нижней кромкой, вдавливается в почву или в ненарушенный или искусственно уплотненный образец так, чтобы он полностью заполнился почвенной массой. После этого поверхность образца выравнивают ножом по верхней и нижней кромкам цилиндра и сразу закрывают металлическими крышками и взвешивают на весах.
Если W — это вес образца с цилиндром и крышками, W0 — это вес самого цилиндра с крышками, V — объём цилиндра
плотность почвы γ равна:
γ = (W - WP)/V
Процедура с погружением образца в воду
Эта процедура основана на физическом свойстве, заключающемся в том, что объем тела, погруженного в воду, равен объему вытесненной воды. Применяется только для связанного грунта, когда невозможно получить образец правильной геометрической формы.
Из ненарушенной почвы или из более крупного образца отбирается кусок образца в форме макаки и измеряется его вес W в естественном состоянии на весах. Затем образец покрывают расплавленным парафином, который не должен быть слишком горячим, а ровно настолько, чтобы расплавиться. Тонкий слой парафина 1–2 mm должен полностью покрывать весь образец. Затем образец с парафином взвешивают на весах и получают массу W’. Вес парафина равен W’ – W.
Объем парафина VP, полученный из вида: VP * γP = W’ – W,
где γP — объёмная масса парафина, которая известна и составляет γP = 0,892 п/см3.
Из приведенного выше уравнения имеем: VP = (W’ – W)/0,892 [cm3].
Рис. 1. Определение объемного веса грунта путем погружения образца в воду
Затем завернутый в парафин образец подвешивают на весах тонкой шелковой нитью (рис. 1), весы доводят до равновесия, после чего сразу под образец подводят емкость с дистиллированной водой так, чтобы весь образец был погружен в воду. Поскольку из-за кажущейся потери веса образца в воде равновесие на весах нарушается, его восстанавливают снятием гирь, так что получается вес образца с парафином, погруженным в воду W. Разница веса образца с парафином в непогруженном и погруженном состоянии дает вес вытесненной воды, т.е. если объемный вес воды YW = 1,00, то объем вытесненной воды Vw
Из объёма Vw вычитаем объём парафина VP, и получаем объём образца.
Плотность почвы равна: γ = W/(Vw – VP)*m
где m — поправочный коэффициент из-за разницы температур воды, поскольку Y = 1,0 для температуры воды в 4 °C: m = γw,T / γw,4oC.
Процедура с погружением образца в ртуть
Данная процедура применяется для связанных грунтов, а также в случаях, когда необходимо отказаться от отбора пробы правильной геометрической формы, что имеет место, например, при определении пределов усадки грунта.
Рис. 2. Определение объемного веса грунта путем погружения образца в ртуть
Образец погружают в сосуд, полностью наполненный ртутью (рис. 2) и с помощью стеклянной пластинки с тонкими металлическими шипами прижимают его так, чтобы он полностью погрузился в ртуть. Прессованную ртуть переливают в сосуд большего размера, откуда отмеряют ее вес и измеряют. Если W - вес пробы, Wz - вес вытесненной ртути, γz - объемный вес ртути, Vz=V - объем вытесненной ртути, равный объему пробы;
Vz * γz = Wz * Vz = Wz/ γz
то объемный вес грунта равен:
γ =W*γz /Wz.
Процедура песка
Это испытание проводится в полевых условиях и чаще всего применяется к несвязанным грунтам, гравию, гравийному песку, моренному материалу и в других случаях, когда извлечение ненарушенных образцов с помощью цилиндров невозможно. Принцип этой процедуры заключается в выкапывании ямы в земле и последующем ее заполнении обычным песком известного объемного веса, на основе которого определяется объем ямы. Объемный вес грунта определяется исходя из веса выкопанной массы и объема ямы.
Поверхность грунта, объемный вес которой необходимо определить, выравнивают так, чтобы она была горизонтальной, затем на нее укладывают жестяную пластину размером примерно 40 x 40 cm (рис. 3), с вырезанным посередине шаблоном диаметра Ø = 20 cm, толщины 5 mm, для рытья ямы в земле. Жестяную пластину кладут плашмя на землю и закрепляют колышками. Ручным инструментом (нож, шпатель, ложка, долото) выкапывают яму диаметром 20 cm, глубиной около 20 cm через отверстие шаблона, желательно с вертикальными стенками, но не за пределы шаблона, и хорошо очищают. Весь выкопанный материал укладывают на тарелку, затем сразу после выкапывания, пока он еще имеет естественную влажность, его взвешивают на весах и определяют его вес W. Для последующего определения естественной влажности пробу помещают в жестяную коробку с крышками, которую после окончания полевых работ относят в сушильную камеру. Сразу после этого в выкопанную яму засыпается сухой обычный песок, объемный вес которого γd определяется путем измерения, т.е. из ранее проведенного лабораторного испытания, путем пересыпания песка через ту же воронку и с той же высоты, h падает, что и при полевых испытаниях.
Рис. 3. Определение объемного веса грунта с помощью песчаного теста
Перед началом испытания измерьте вес обычного песка в стакане, затем, заполнив яму в земле этим песком до верхней поверхности жести, выровненной стальной линейкой длиной 40 cm, измерьте остаток песка в стакане, чтобы получить точный вес Wd сухого обычного песка в яме до верхней поверхности жести. Объем Vd выкопанного отверстия до верхней поверхности жести определяется по формуле Vd = Wd/γd.
Объем V ямы в земле получается путем вычитания объема v отверстия жестяного шаблона:
Объемный вес грунта γ равен: γ = W/V, где W — это вес вынутого грунта из ямы, измеренный сразу после выемки грунта. Отмечается, что вместо песка используется штукатурка, масло или холодный асфальт, которые менее чувствительны во влажную погоду. Кроме того, существуют и специальные приспособления для более легкой и быстрой работы над тестом с песком.
Приблизительные значения объемных масс грунтов приведены в таблице 1 с примечанием, что при геомеханических анализах в каждом случае объемный вес грунтов следует определять экспериментальным путем в лаборатории или в полевых условиях.
Определение влажности почвы
Проверка определения влажности почвы проводится несколькими способами, а именно лабораторным методом с использованием электросушилки, полевым методом с использованием сушки на открытом огне, с использованием карбида, измерением под водой и с использованием воздушного пикнометра. Здесь мы опишем только первые два метода, которые чаще всего применяются в нашей стране.
Лабораторный метод с использованием электрической сушилки
Этот метод является самым надежным и наиболее широко применяемым для всех типов почв. Кусок почвы из ненарушенной пробы помещается между двумя вогнутыми стаканами, называемыми песочными часами, которые скрепляются металлическим зажимом и взвешиваются на аналитических весах, а затем помещается в электрическую сушилку, где он сушится при температуре 105°C до тех пор, пока вес не станет постоянным (рис. 4). Разница температур при сушке не должна быть более ±2°C, так как при более низкой температуре полное высыхание не осуществляется, а при более высокой температуре органические ингредиенты в образце могут сгореть. Примерная продолжительность сушки образца песочными часами в сушилке составляет около 6 часов для песка и около 12 часов для глины. После высыхания образец, закрытый в песочные часы с зажимом, помещают в эксикатор для охлаждения до комнатной температуры, после чего его измеряют повторно.
Рис. 4. Сушка образца в песочных часах с зажимом
Если W — это вес образца в естественном состоянии влажности с песочными часами и зажимом, Ws вес образца в сухом состоянии с песочными часами и зажимом, Wt вес песочных часов и зажима, то влажность почвы w по определению Аттерберга — это вес воды, разделенный на вес почвы в сухом состоянии, то есть: w = W-Ws / Ws-Wt * 100 [%].
Определение пористости грунта и коэффициента пористости
Испытание проводится на ненарушенном образце при условии, что его объем можно определить в ненарушенном состоянии.
Вдавливаем металлический цилиндр известного объёма в ненарушенный грунт или в образец большего размера, выравниваем верхнюю поверхность образца краями цилиндра и ставим сушиться на 105°C до постоянного веса, затем даем остыть при комнатной температуре и снова взвешиваем на весах вместе с цилиндром.
Если V — внутренний объём цилиндра, Vm — объём непористых твердых частиц почвы, Wd — сухой вес образца, γs — объёмный вес твердых частиц, то пористость почвы n равна
Объем Vm определяется на основе сухой массы образца Wd:
т.е. в процентах от общего объема почвы
Поскольку γd = Wd/V, т.е. сухой объёмный вес грунта, то можно положить
n = 100* (1 – γd/ γs) [%].
Коэффициент пористости получается по формуле e = n/(1-n).
Для проектирования, контроля качества или выполнения работ используйте действующие нормативы, стандартизированные методы испытаний и авторизованную лабораторию. Этот текст сохранен как исторический образовательный ресурс.